省煤器热力计算
热力计算,烟风阻力计算
第1章热力计算SHL20-2.5/400燃用生物草锅炉设计1.1设计任务1)锅炉额定蒸发量：5.556kg/s(20t/h)。
2)蒸汽参数：锅筒内蒸汽压力：2.7MPa。
过热器出口蒸汽压力：2.5MPa。
过热器出口蒸汽温度：400℃。
3)给水温度：105℃。
4)给水压力：2.8MPa。
5)排污率：5%。
6)排烟温度：160℃。
7)预热空气温度：130℃。
8)冷空气温度：20℃。
1.2燃料特性1.燃料名称：能源草。
产地：浙江兰溪2.燃料工作基（应用基）成分碳C ar=23.87%氢H ar =2.90%氧O ar=21.32%氮N ar=0.69%硫S ar=0.06%水分M ar=47.00%灰分A ar=4.16%挥发分V ar=75.80%3.燃料低位发热量Q net.ar=7574.56kJ/kg1.3 辅助计算1.3.1 空气平衡烟道各处过量空气系数，各受热面的漏风系数，列于表3-1中。
炉膛出口过量空气系数按表2-4[2]取。
烟道中各受热面的漏风系数按表4-5[4]取。
表3-1烟道中各处过热空气系数及各受热面的漏风系数1.3.2 燃烧产物容积及焓的计算1.3.2.1 理论空气量及 α=1时燃烧产物容积的计算表3-2理论空气量及燃烧产物容积计算表烟道名称 过量空气系数 漏风系数 炉膛 1.4 0.1 凝渣管 1.4 1.4 0 过热器 1.4 1.45 0.05 锅炉管束 1.45 1.50 0.05 省煤器（钢管） 1.50 1.60 0.1 空气预热器1.601.700.1序号 名称 符号单位 计算公式或来源 数值 1 空气理论容积0VNm 3/kg arar ar ar O H S C 0333.0265.0)375.0(0889.0-++ 2.18 2 理论容积 2RO V Nm 3/kg )375.0(01866.0ar ar S C +0.45 3理论容积 2N V ︒Nm 3/kg1008.079.0ar oN V +1.734理论容积2°H OV Nm 3/kg oar ar V M H 0161.00124.0111.0++0.941.3.2.2 不同过量空气系数下燃烧产物的容积及成分不同过量空气系数下燃烧产物的容积及成分见表3-3。
（完整版）热力计算
（完整版）热力计算1.水冷壁、锅炉管束、省煤器、过热器、再热器、凝渣管、空气预热器的作用是什么？水冷壁：（1）吸收炉膛内火焰的热量，是主要蒸发受热面，将烟气冷却到合适的炉膛出口温度。
（2）保护炉墙。
（3）悬吊敷设炉墙、防止炉壁结渣。
凝渣管：是蒸发受热面，进一步降低烟气温度，保护烟气下游密集的过热受热面不结渣堵塞。
锅炉管束：是蒸发受热面。
过热器：是过热受热面。
将锅炉的饱和蒸汽进一步加热到所需过热蒸汽的温度。
省煤器：（1）降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。
（2）充当部分加热受热面或蒸发受热面。
空气预热器：（1）降低排烟温度提高锅炉效率。
（2）改善燃料着火条件和燃烧过程，降低燃烧不完全损失，进一步提高锅炉效率。
（3）提高理论燃烧温度，强化炉膛的辐射传热。
（4）热空气用作煤粉锅炉制粉系统的干燥剂和输粉介质。
2.水冷壁、省煤器、过热器、空气预热器可分为哪几类？各有什么优缺点？水冷壁可分为光管水冷壁和膜式水冷壁。
光管水冷壁优点：制造、安装简单。
缺点：保护炉墙的作用小，炉膛漏风严重。
膜式水冷壁：优点：对炉墙的保护好，炉墙的重量、厚度大为减少。
炉墙只需要保温材料，不用耐火材料，可采用轻型炉墙。
水冷壁的金属耗量增加不多。
气密性好，大大减少了炉膛漏风，甚至也可采用微正压燃烧，提高锅炉热效率。
蓄热能力小，炉膛燃烧室升温快，冷却亦快，可缩短启动和停炉时间。
厂内预先组装好才出厂，可缩短安装周期，保证质量。
缺点：制造工艺复杂。
不允许两相邻管子的金属温度差超过50度，因要把水冷壁系统制成整体焊接的悬吊框式结构，设计膜式水冷壁时必须保证有足够的膨胀延伸自由，还应保证人孔、检查孔、看火孔以及管子横穿水冷壁等处有绝对的密封性。
省煤器：铸铁式省煤器：优点：耐腐蚀、耐磨损。
耐内部氧腐蚀、耐外部酸腐蚀。
缺点：承压能力低，铸铁省煤器的强度不高，即承压能力低。
不能做成沸腾式，否则易发生水击，损坏省煤器；易积灰，表面粗糙，胁制片间易积灰、堵灰；易渗漏，弯头多，法兰连接，易渗水漏水。
省煤器
二、维护
1、在锅炉起动前和每次锅炉停运期间，对 省煤器进行外表检查，如必要时还需进行清 洗，如果是新机组，则更要仔细地检查省煤 器，类似木头，保温材料，焊条等安装材料 的堆积，嵌入是常见的，大的杂物应用人工 除去，然后用水冲洗省煤器。 2、检查门应拧紧，随时检查检查门的严密 性。
3、使用省煤器吹灰器的次数取决于省煤 器积灰的具体情况。当省煤器首次投运时， 吹灰器应每班进行吹扫。每两次吹扫之间观 察其烟气阻力的变化，以此来决定实际需要 的吹灰间隔期。在很多情况下可发现省煤器 吹灰器一天投运吹扫一次或更少是可以满足 要求的。 4、省煤器外部检查主要内容： ① 检查管子，重点是检查靠近前、侧墙、联 箱弯头处及防磨板斜下方管子有无磨损，局 部鼓包、损伤、腐蚀重皮现象。
② 检查防磨瓦及防磨护板的磨损情况，恢复 并配齐防磨装置。 ③ 清扫省煤器积灰和管排间杂物。 ④ 检查省煤器附近烟道护板的密封情况，如 有漏风应及时修复。
省
煤
器
锅炉型号: SG-2008/17.47-M903
省煤器在锅炉的位置
一、简述
省煤器的作用是在给水进入汽包以前， 将锅炉给水进行预热，并借以回收锅炉排烟 中的部分热量，降低锅炉排烟温度,以提高经 济性。 省煤器布置于锅炉的后烟井低温过热器 下面，有两组采用光管蛇形管，管子的规格 为Φ51×6，材料SA-210C，共169排，每 排由三根并联蛇形套管组成。顺列布置，横 向节距为115mm，纵向节距102mm。
省煤器由吊杆和管夹支吊分别承载于三只 省煤器中间集箱下，分三列悬吊，每列再通 过省煤器中间集箱上的64根悬吊管悬吊承载， 悬吊管规格为Φ60×10，共192根，材料 SA-210C，悬吊管内的介质来自省煤器。 给水经过省煤器入口管道上布置的一只 18”的止回阀和一只的18”的电动闸阀，再经 入口集箱进入蛇形管，水在蛇形管中与烟气 成逆流方向向上流动，以此达到有效的热交 换，同时也减少了蛇形管中出现汽泡造成停 滞的可能性。
一、锅炉设计辅助热力计算
一、锅炉设计辅助热力计算1.炉膛宽度及深度因采用角置直流式燃烧器，炉膛采用正方形截面。
按表8-40取炉膛截面热负荷q F =2580kW/m 2，炉膛截面F=40.2578m 2，取炉膛宽度a=6.72m ，炉膛深+b=6.72m ，布置Φ60×3的水冷壁管，管间距s=64mm ，侧面墙的管数为106根，前后墙102根。
管子悬吊炉墙，管子中心和墙距e=0。
后墙水冷壁管子在折角处有叉管，直叉管垂直向上连接联箱，可以承受后墙管子和炉墙的重量，斜叉管组成凝渣管和折焰角。
凝渣管有24×3=72根管子，折焰角上有26根管子，另4根管直接与联箱相连。
侧墙水冷壁向上延伸，在折焰角区域和凝渣管区域形成附加受热面。
2.燃烧室辐射吸热量的分配燃烧室辐射吸热量中有部分由凝渣管及高温过热器吸收。
凝渣管直接吸收燃烧室的辐射热量辐射受热面是燃烧室的出口窗，凝渣管吸收的热量与凝渣管束的角系数有关。
根据凝渣管的横向相对节距σ=4.267，从图11-10中的无炉墙反射的曲线上查得单排管的角系数x=0.32。
现凝渣管有三排，总的角系数为X nz =1-（1-x ）3=1-（1-0.32）3=0.6856凝渣管辐射受热面为H nz = X nz F ch =0.6856×33.767=23.151m 3由于出口窗位于燃烧室上部，热负荷较小，需要计算沿高度的热负荷不均匀系数。
出口窗中心的高度为h ck ，从冷灰斗中心到炉顶的总高度为H 1=18.912，根据h ck H 1 =16.0318.912=0.8476 和燃烧器中心相对高度x r =0.2038，查图15-2的2线，得h r η=0.68，凝渣管吸收的辐射吸热量为f nz Q =87.1978151.337.12568.0=⨯⨯=nz f h r H q ηkW高温过热器直接吸收炉膛辐射热量为413.907616.107.12568.0)151.23767.33(=⨯⨯=-=f h r f gr q Q ηkW水冷壁的平均辐射受热面热负荷kWQ Q B Q q f gr f nz j l s 407.120183.5311)283.288668.66844(]183.5311)413.90787.1978(53.414756[19.2623.4711)]([=⨯-=⨯+-⨯=+⨯+-=3.炉膛受热的热量分配（1）锅炉总有效吸热量 kW Q gl 35.109143=（2）炉膛总传热量 kW Q B l j 68.668441475653.4=⨯=（3）凝渣管区域传热量 kW Q B nz j 427.45119.99553.4=⨯=（4）第二级过热器传热量 kW Q B gr j 35.11172297.246653.42=⨯=（5）第一级过热器传热量 kW Q B gr j 17.1275449.281553.41=⨯=（6）省煤器需要吸收热量 kWQ B sm j 1.13948)17.12754325.11172427.451168.66844(35.109143=+++-=（7）空气预热器需要吸收的热量 kWI I B B Q B lk rk k ky j ky j 78988.14954)34.263079.3320()06.05.005.1(53.4))(5.0(00''=-⨯⨯+⨯=-∆+=α （8）排烟温度校核 kWI I I B Q B Q B I I lk sm lk rk ky j kyj sm j py gr 7.188634.26304.0234.263079.332006.099.053.478988.149541.1394818.82022000''=⨯++⨯+⨯+-=∆++∆++-=ααφ177.142=py θ℃，与假定排烟温度140℃相差2.117℃，设计合格。
膜式省煤器的传热计算与灰污系数的选取方法
σ2 = S2/ d = 45/ 32 = 1. 41 规格的电弧焊膜式省 煤器管片进行了 30 个 Re 工况的测试。取值域 为 Re = 4. 8 ×103～2. 7 ×104 。对整组 1∶1 膜式 省煤器管排 ,测量了 10 排管片的数据 ,对每 1 个 工况测量的数据包括管子壁温、膜片温度 ,每排 管子前后的气流温度、速度、静压 ,以上参数都是 在膜式管的 2 个截面上测得的。同时 ,每 1 个工 况还必须测出试验段前后的气流温度和静压 ,试 验段后喉部的气流温度、速度、静压 ,试验段保温 层壁温 ,试验室内气温、大气压力等。 2. 3 实验结果
N u = 0. 09 Re0. 7 Pr0. 43
(2)
当 σ1 = 4. 3 ,σ2 = 1. 45 时 ,
N u = 0. 171 Re0. 66 Pr0. 43
(3)
(3) 前苏联 И. A. Лчисейкин提出 ,在流体
的 Re = (2～70) ×103 的范围内 ,
Re (2. 5～25) ×103 σ1 = 1. 6～4
σ2 = 0. 76～2. 5 Re (2～70) ×103 σ1 = 1. 5～6. 3 σ2 = 0. 8～3. 5
αd W·(m2·℃) - 1
67. 43 47. 12 36. 65 46. 30 38. 5
传热系数 K W·(m2·℃) - 1
1. 010 6 , hm = 17mm ,δm = 2mm , Re = 4 655 ,λ= 4. 为 σ1 = 2. 1～3. 6 。
锅炉设计基础
锅炉设计基础
b.集中下降管的管孔不得开在焊缝上。其 他焊接管孔亦应避免开在焊缝上及其热 影响区。如不能避免时，在管孔周围 60mm(若管孔直径大于60mm，则取孔径 值)范围内的焊缝经射线或超声波探伤合 格，并且焊缝在管孔边缘上不存在夹渣， 管接头焊后经热处理消除应力的情况下， 方可在焊缝上及热影响区开孔。
– 1.扶梯和平台的布置应保证操作人员能顺利通向需 要经常
– 2.扶梯和平台应防滑，平台应有防火设施。 – 3.扶梯、平台和需要操作及检查的炉顶周围，都应
有铅直高度不小于1000mm的栏杆、扶手和高度不 小于80mm的挡脚板。 – 4.扶梯的倾斜角度以45°- 50°为宜。如布置上有困 难时，倾斜角度可以适当增大。
（14）装有可分式铸铁省煤器的锅炉， 宜采用旁路烟道或其他有效措施，同时 应装设旁通水路。装有不可分式省煤器 的锅炉，应装设再循环管或采取其他措 施防止锅炉启动点火时省煤器烧坏;
锅炉设计基础
（15）膜式水冷壁鳍片与管子材料的膨 胀系数应相近，鳍片宽度应保证鳍片各 部分在锅炉运行中的温度不超过所用材 的许用温度;
锅炉设计基础
锅炉设计基础
一、概述 1、锅炉设计的几个主要方面 （ 1 ）锅炉结构设计 （ 2 ）锅炉燃烧系统设计 （ 3 ）锅炉燃烧计算 （ 4 ）锅炉热力计算 （ 5 ）管壁温度计算 （ 6 ）锅炉强度计算 （ 7 ）锅炉水动力计算（含流动阻力计算） （ 8 ）锅炉空气动力计算
膛的空气量均大于理论空气量，其比值称为 过量空气系数。一般取1.2左右，根据燃料特 性选取。
130吨煤粉炉炉热力计算例题
130吨煤粉炉炉热力计算例题6附录2 130t/h煤粉炉热力计算例题Ⅱ.1 锅炉基本结构锅炉采用单锅筒П型布置。
上升烟道为炉膛及凝渣管，水平烟道布置两级悬挂对流过热器，垂直下行烟道布置两级省煤器及两级立式管式空气预热器。
炉膛布满光管水冷壁，炉膛出口凝渣管束由锅炉后墙水冷壁延伸而成，在炉膛出口处采用由后墙水冷壁延伸构成的折焰角，以使烟气更好地充满炉膛。
对流过热器分两级布置在水平烟道中，由悬挂式蛇形管束组成，在两级之间有锅炉自制冷凝水喷水减温装置，由进入锅炉的给水来冷却饱和蒸汽制成凝结水，回收凝结放热量后再进入省煤器。
省煤器和空气预热采用双级布置。
燃烧方式为四角布置的直流燃烧器，根据煤的特性选用中速磨煤机的负压直吹系统吹风。
锅炉本体结构见图Ⅱ.1。
（a）主视图（b）侧视图图Ⅱ.1 锅炉本体结构图Ⅱ.2 锅炉热力计算Ⅱ.2.1设计任务锅炉的设计任务见表Ⅱ.1。
表Ⅱ.1 锅炉设计任务序号名称符号单位计算公式或数据来源数值t/h 给定1301 锅炉额定蒸发量 Dkg/s 给定36.12 过热蒸汽出口压力P gr MPa 给定 3.93 汽包内蒸汽压力P g MPa 给定 4.34 过热蒸汽出口温度℃给定4505 给水温度℃给定1706 给水压力MPa 给定 4.97 排污率% 选取 28 排烟温度℃选取9 热空气温度℃选取37010 冷空气温度℃选取3011 空气中湿含量 d g/kg 选取10 Ⅱ.2.2燃料特性锅炉的燃料特性见表Ⅱ.2。
表Ⅱ.2 燃料特性序号名称符号单位计算公式或数据来源数值1 燃料名称－－给定阳泉无烟煤2 燃料收到基碳C ar % 给定69.013 燃料收到基氢H ar % 给定 2.894 燃料收到基氧O ar % 给定 2.365 燃料收到基氮N ar % 给定0.996 燃料收到基硫S ar % 给定0.767 燃料收到基水分M ar % 给定 5.08 燃料收到基灰分A ar % 给定18.999 干燥无灰基挥发分V daf % 给定910 燃料收到基低位发热值Q net,ar kJ/kg 给定2640011 变形温度DT ℃给定140012 软化温度ST ℃给定150013 流动温度FT ℃给定> 150014 煤的可磨度K km℃给定 1Ⅱ.2.3辅助计算1、燃烧产物体积计算煤完全燃烧（α=1）时理论空气量及燃烧产物体积计算见表Ⅱ.3（以1kg燃料为准）。
水动力计算
本计算按《热水锅炉水动力计算方法》进行本锅炉只对省煤器及其给水管道（水泵后）进行水动力计算1．省煤器的阻力计算△H 11.1由径d n =50mm=0.05m,每道管强度l 1=1m,共21根，全长l=21m 。
180°弯头20个1.2省煤器管子水流速W fw =0.304m/s(热力计算提供) 1.3 管内水平温度t av =79.5℃（热力计算担供） 1.4雷诺数R e =ρW fw μn d =41.6×103式中ρ水密度，查表972.3kg/m 3 μ水动力粘度系数355×10-6Pa •s d n 为0.05m1.5沿程摩擦阻力系数λ（按4000＜R e ＜350 d n /k=2187.5×103)λ=271.341⎪⎭⎫ ⎝⎛R d L n g =0.022式中R 管子粗糙度若d n 取mm,K 值为0.08mm. 1.6 180°弯头向阻力系数每个ζ10=2.2 ζ1=ζ10ZO=44集箱进出口局部阻力系数ζ2=2×(1.1+0.7)=3.6 1.7水在省煤器管内流动阻力△H 1=（ρζζλ⨯++Zw d lfw n 221)2=2553.7 Pa2.进水管及其附属管件阀门的阻力△H 2进水管中的阀门止回阀（ζv1=2）2个，截止阀或闸阀（ζv2=0.25）3个。
管长按L=10m, λ取0.022 (d n =50mm=0.05m)△H 2=（ρζζλ⨯++Zw Z d lfw V V n 221)3=411.1 Pa3.水泵至锅筒入水口的总阻力△H△H=K （△H 1+△H 2）=3557.8 P a =0.036 MPa K 流量系数取1.2 4.选用给水泵型号 DG6-25×6 （配Y13ZS2-2 电机N=7.5KW ） Q=3.75 m 3/h H=145～153m(1.42～15Mpa)介质（水）动力计算书（汇总表）。
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0.73
13.47 0.074
64 337 5.67E-11 0.80
1 (Tb )4
af
kW/(m2*℃)
0 (ab 2
1) ayTy3
Ty 1 Tb
0.001
Ty
λy
kW/(m*℃)
按[1]表B9
3.973E-05
ν
m2/s
按[1]表B9
0.0000311
Pr
/
按[1]表B9
0.67
Re
/
wy d n
Qcr
KJ/kg
StRePr
y dn
N
按[1]表8-1
ψ（af+ad)
K tHd Bj
153.80 0.097 0.9 0.088
961
e
%
100 (Qrp Qcr )
Qrp
相对误差<2%满足要求
-1.61
燃料特性
Cy
Hy
Oy
Ny
Sy
46.55
3.06
6.11 0.86 1.94
理论空气量
V0=0.0889（Cy+0.375Sy）+0.265Hy-0.0333Oy
4.81
燃料消耗量 锅炉蒸发量
Bj(kg/s)
D
0.47
10000
Wy
Ay
9
32.48
Vy 8.5171
rH2o
Fy 0.34
rq
s
ufh
0.0683
0.1719 0.057 0.0058
V 0ctk 4.811.324 20
1-q5/η+q5 ψ（Ⅰ'-Ⅰ"+ΔaⅠlk)
给定 按[1]表B14 i ' Qrp B j D(1 ) 按[1]表B14
θ'-t" θ"-t' td t x ln td
t x
数值 237 2739 156 1788 0.05 127.4 0.988 946 20 84
kq
1/(m*Mpa)
[
2.49
5.11rH
1
2o
1.02] rq
12.74
( prqs)2
7600 fh
kfh
1/(m*Mpa)
2
( pj 273) 3
k
1/(m*Mpa)
ay
/
kq+kfh 1 ekPS
tb
℃
t+25
Tb
K
tb+273
σ0
kW/(m2*K4)
按[1]根据5.4.1
ab
/
按[1]根据5.3.3
e
exp(0.005s) 3.75}2 e
按[2]( )0.5 {2.5ln(dn ) 10.77
8
2e
St
/
( e )0.33( s )0.096[( e ) Re( ) ]0.5 0.273 0.00561
dn e dn 8
Pr0.5 3.75}
Nu
/
ad
kW/(m2*℃)
ψ
/
K
kW/(m2*℃)
40929
33
省煤器螺纹烟管流阻 系数
34
斯坦敦数
35
努谢尔特数
36
对流放热系数
37
热有效系数
38
传热系数
39
传热量
40
相对误差
41 42 43 44 45
wy d n
8 {2.5ln( d ) 0.868( e )0.33
2e
d
λ
/
(s)0.366[1 0.0296(ln Re 9.48)2] 0.07267
236.42
57.43 179.6 136
15
平均温压
16
烟气计算温度
17
烟气计算湿度
18
烟气流速
19 三原子气体总分压力
20
三原子气体辐射减弱 系数
21 飞灰辐射减弱系数
22 烟气辐射减弱系数23源自烟气黑度24管壁温度
25
管壁湿度
26 绝对黑体辐射系数
27
管壁黑度
28
辐射放热系数
29
烟气平均温度下的导 热系数
省煤器结构特性计算
序号 1 2 3 4 5 6
名称 管子数量 管子直径 管子内径 管子长度 螺纹高度 螺纹节距
7
烟气流通截面积
8 省煤器总受热面积
9
有效辐射层厚度
符号 n dw dn L e s
Fy
Hd s
单位
m m m m m
m2
m2 m
公式或数据来源 设计给定 设计给定 设计给定 设计给定 设计给定 设计给定
n dn2
4 n dnL 0.9dn
数值 109 0.07 0.063 1.515 0.002 0.035
0.34
32.67 0.057
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11
12 13 14
名称 出口烟温 出口烟焓 出口烟气温度 出口烟气焓 漏风系数 理论冷空气焓 保热系数 烟气侧放热量 给水温度 给水焓
30
烟气平均温度下的运 动黏度
31
烟气平均温度下的普 朗特数
32
雷诺数
Δt
℃
θpj
℃
Ty
K
td t x ln td t x
t't" t 2 θpj+273
156.8
195.5 468.5
wy
m/s
BjVy ( pj 273) 273Fy
20.20
p
Mpa
按[1]根据5.3.1
0.1
[1 0.37 ([l "] 273)] 1000
出水焓
出水温度 最大温差 最小温差
省煤器热力计算
符号 θ' Ⅰ' θ" Ⅰ" Δa Ⅰlk0 ψ Qrp t' i'
i"
t" Δtd Δtx
单位 ℃ KJ/kg ℃ KJ/kg / KJ/kg / KJ/h ℃ KJ/kg
KJ/kg
℃ ℃ ℃
公式或数据来源
根据θ'查烟气焓温表 假设
根据θ"查烟气焓温表